三維GIS技術下的輸電線路地理信息系統設計探究

廖曉蘇

（廣州市電力工程設計院有限公司，510000）

三維GIS技術下的輸電線路地理信息系統設計探究

廖曉蘇

（廣州市電力工程設計院有限公司，510000）

隨著三維設計技術的普及，輸電線路設計也引入數字化三維設計。文章主要論述建立一個以三維地理信息系統（Geographic Information System，GIS）為支撐的數字化設計平臺，最終實現設計信息化、軟件集成化、圖紙電子化、管理規范化，使得設計成果更加直觀、設計手段更加先進、協同作業更加便捷、項目管理更加高效、成果移交更加規范。滿足電力系統對輸電線路的管理的需求。

GIS技術；輸電線路；地理信息系統；三維展示

1　構建三維輸電線路系統技術難點

1.1模型復雜數據大

與傳統二維GIS技術相比，三維的GIS技術顯得更加的深奧與復雜，不管是矢量結構的三維構圖，還是柵格結構的三維構圖，想要對復雜的實際地形進行精確的表達，都需要進行大量的數據儲存、數據計算以及數據處理，而在實際的輸電線路系統中，一條完整的輸電線路都特別的長，一般在幾十公里到幾百公里之間，這就使得通過三維GIS技術構建輸電線路系統的數字地形模型的規模巨大，加上許多實際的地形問題，比如河流、街道、居民住宅區等特殊地形模型以及那數量眾多的輸電設備模型，從而導致整個三維GIS地形模型場景極其的復雜，且數據量龐大，因此如果沒有一個很好的地形模型數據管理模式，系統將很難達到在互聯網上交互式顯示的目的，同時顯示效果也會大大降低。

1.2標記符號多樣

在以往GIS系統中，一般使用點或是符號之類的標記來代表電力設備，不能夠清楚直觀的表現電力設備的實際情況，比如桿塔高度、輸電線的長度等實際情況，但是在三維GIS輸電線路地理信息系統中就需要對輸電設備的真實情況進行模擬，已達到與實際輸電設備情況相同步的水平，因此這將會大大提升電力設備模型的復雜程度，使三維GIS輸電線路地理信息系統的建設更為困難，因此必需要選用更加簡單而且高效的電力設備模型設計方案，來實現三維GIS輸電線路地理信息系統中的電力設備模型建設。

1.3數據查詢

由于三維GIS輸電線路地理信息系統是一個集地理數字數據、地理模型、設備模型、設備信息數據等眾多數據于一體的綜合管理平臺系統，因此如何將如此眾多的數據高效的、規整的結合在一起，建立起一個整體性的三維模型數據庫，以方便相關的使用人員進行快捷的查詢，成了三維GIS輸電線路地理信息系統建設的一大技術難點。

2　輸電線路系統的設計

2.1結構設計

數據的地理數據是GIS的“血液”，GIS數據的采集獲取在GIS發展中起著決定性的作用，隨著遙感技術的發展，GIS數據獲取變的多樣化，其中主要通過以下幾種方式獲取GIS數據。1）、航空遙感數據采集2）、無人機數據采集。

根據三維GIS輸電線路地理信息系統建設的技術難點，以及輸電線路管理的基本要求，在參考分析了一些成熟的三維GIS地理信息以及輸電線路管理系統后，對三維GIS輸電線路地理信息系統的結構體系設計提出了系統體系結構圖，如圖1。因目前還沒有比較成熟的三維空間數據庫，因此在三維 GIS地理信息系統中的地形模型數據可以與其他的方位信息數據以及相關資料數據進行分別儲存，同時將除了地形模型數據之外的數據集中儲存在統一的關系數據庫中，再考慮到系統地形模型的變化主要是地理位置變化 ，因此可以通過為設備建立起一個三維模型原形庫的方式，在三維GIS輸電線路地理信息系統運行時為系統場景中的三維原型模型匹配一個地形模型數據，同時再通過關系數據庫得到相應的方位信息 數據和設備信息數據，使模型信息可以與數據信息緊密的聯系在一起，從而大大節約了數據儲存的空，同時也能很好的實現交互式查詢的要求。

2.2模型顯示設計

由于輸電線路的涉及范圍比較廣而且所處的地形也比較復雜，因此想要很好的表達相應的地形模型需要擁有很好的圖形顯示技術以及表面建模技術，因此針對地形模型復雜的三維GIS地理信息系統，可以采用混合使用不規則三角形網和方格網的地形模型表達方法，運用三角形網結構，可以方便、快捷的建立起具有邊界形狀的目標模型，同時對于三維地形模型的空間查詢以及查詢結果分析都很重要，采用碎部等級方法來解決巨大數據量情況下的三維地形模型顯示的優化方法，可以將復雜的三維地形模型以不同的畫面質量進行預先處理和儲存，再根據顯示要求的需要進行不同質量的模型顯示，使觀察點的地形模型顯示質量高，使遠離觀察點的地形模型顯示質量低，此方法既可以滿足地形模型顯示質量的需要，又能大大減少地形模型顯示時的數據處理量，，而且還不會出現地形模型顯示質量的耗損，同時對于此種顯示方式還可以從DEM空間數據索引方面進行優化，通過建立不同細致等級的DEM層次體系，通過層次結構組成來進行DEM數據的空間索引，使數據能夠快速的存取而且不管數據量的大小，使地形模型的顯示具有無縫性，從而保證在同一時刻構成地形模型的數據為一個恒定值，從而最大限度的提高用戶的交互效率，而且還可以通過對輸電設備模型的分層管理，使相關的使用者在進行信息查詢時可以根據查詢要求的不同，來進行輸電設備模型的分層顯示，從而提高系統界面的刷新速度。

2.3模型層次設計

三維GIS輸電線路地理信息系統的模型設計是一項龐大而且極其復雜的工作，因為整個三維GIS輸電線路地理信息系統它包括有大量的地形模型、設備模型以及一些特殊模型，單單以設備模型的角度來講，就包括種類繁多的輸電設備以及一些組合型的設備，而且此類設備的結構層次復雜，如果沒有對此類模型設計良好的層次結構，將會使相應的設備管理人員對設備的管理工作變得復雜起來。因此運用對象結構型模式以用樹形結構來表示輸電設備的層次關系和相互關聯，使得單個設備和組合型設備的使用信息具有一致性，從而保證了整個設備對象的層次清晰，而且可以更加方便地加入新的電力設備，同時還可以采用模板分離的模式來設計地形模型的模板，使三維場景中的模型顯示具有鮮明的層次感。

3　案例分析

本文通過對三維GIS輸電線路地理信息系統的幾個技術問題的研究，結合三維GIS軟件的使用技術，開發了一套基于三維GIS技術的輸電線路管理系統，該系統的區域范圍大約500平方公里，地表地形模型用數字地圖生成，并將河流、湖泊、公路、居民區等特殊地形模型覆蓋在數字地型模型上，同時該系統在運行初期包含有一條含60多個桿塔的輸電路，并且還可以任意的增加其它的輸電線路，通過實際的應用，該系統可以在大部分電腦上實現信息交互功能，如圖2所示，為該三維GIS輸電線路地理信息系統的全景圖。

圖2　

4　結語

隨著智能電網信息化高度發展，智能電網下的全過程信息化電網技術是“全過程數字化GIS技術”演變而來，是在總結原有海拉瓦技術應用的基礎上，進一步的深入創新開發，將測繪科學、電力勘測設計、電力基建施工、電力運行管理和計算機技術等多學科、多專業的技術集成，歷經十年形成的服務于電網工程的規劃、可研、設計、施工和生產維護等各階段工作的綜合性平臺，實現了電網建設的全生命周期管理，使電網建設變得統一開放、結構合理、安全可靠。

［1］王學超.配電自動化中的動態地理信息系統［J］.電網技術，1999.08

［2］孟遂民，李光輝，王正平.輸電線路GIS的總體設計［N］.武漢水利電力大學學報1999.04

［3］朱慶.三維動態交互式可視化模型［N］.武漢測繪科技大學學報，1998.03

Research on the design of transmission line geographic information system under three dimensional GIS Technology

Liao Xiaosu
（Guangzhou Electric Power Engineering Design Institute Co.，Ltd.510000）

With the popularization of 3D design technology，the design of transmission lines is also introduced into the digital 3D design.Creating this paper mainly discusses a on the three dimensional geographic information system，geographic information system，GIS）for the support of digital design platform，the ultimate realization of information design， software integration， drawings electronically，standardized management，the design results more intuitive，design means more advanced，collaborative operation more convenient，project management more efficient，the results of the transfer of more standardized.Meet the demand of power system for the management of transmission line.

GIS technology；transmission line；geographic information system；3D display

圖1